(57)【要約】【課題】熱散逸の影響を受けにくい改善された熱支援型磁気メモリ構造を提供する。【解決手段】熱支援型磁気メモリ構造の例示的なアレイにおいて、磁気メモリ構造の各々は、メモリセル(350)、メモリセル(350)と接触する書込み導体(310)、及び、メモリセル(350)と接触する加熱システム(360)を備える。書込み導体(310)は、書込み動作中に第１の座標においてメモリセル(350)を選択する。加熱システム(360)は、書込み動作中にメモリセル(350)を加熱し、この加熱によって第２の座標においてメモリセル(350)を選択する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱支援型磁気メモリ構造のアレイにおいて、
該磁気メモリ構造の各々が、
メモリセルと、
該メモリセルに接触する書込み導体であって、書込み動作中に第１の座標において前記メモリセルを選択する書込み導体と、
前記メモリセルと接触する加熱システムであって、
前記書込み動作中に前記メモリセルを加熱し、及び、第２の座標において前記加熱により前記メモリセルを選択する、加熱システム
とを備えることからなる、熱支援型磁気メモリ構造のアレイ。
【請求項２】
前記書込み導体のうちの少なくとも一部はクラッディングによって包囲される、請求項１に記載の熱支援型磁気メモリ構造。
【請求項３】
前記書込み導体は読出し動作中にセンス線として作用するように構成される、請求項１に記載の熱支援型磁気メモリ構造。
【請求項４】
前記加熱システムは、前記メモリセルが高い温度に達することを可能にして、前記書込み導体に加えられる書込み電流による前記メモリセルの磁気的な向きの切替えを容易にすることからなる、請求項１に記載の熱支援型磁気メモリ構造。
【請求項５】
前記メモリセルの磁気的な向きを切り替えるために、前記加熱システムによって生成される磁界が、書込み動作中に前記書込み導体に加えられる書込み電流によって生成される磁界と合成されることからなる、請求項１に記載の熱支援型磁気メモリ構造。
【請求項６】
メモリセルのアレイ内の熱支援型磁気メモリセルにデータを書き込むための方法であって、
選択されたメモリセルを加熱するステップと、
前記選択されたメモリセルに隣接する単一の書込み導体に書込み電流を加えるステップであって、該書込み電流は前記選択されたメモリセルの磁気的な状態を切り替えるための磁界を生成することからなる、ステップと、
前記選択されたメモリセルから前記書込み電流を除去するステップ
を含む、方法。
【請求項７】
前記加熱するステップは、前記選択されたメモリセルの温度を高めて、前記単一の書込み導体内の前記書込み電流が前記選択されたメモリセルの磁気的な状態を切り替えるだけの十分な大きさになるようにするステップを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
熱支援型磁気メモリ構造を形成するための方法であって、
メモリセルを形成するステップと、
前記メモリセルに接触する書込み導体を形成するステップであって、該書込み導体は書込み動作中に第１の座標において前記メモリセルを選択することからなる、ステップと、
前記メモリセルに接触する加熱システムを形成するステップであって、該加熱システムは、前記書込み動作中に前記メモリセルを加熱し、及び、第２の座標において前記加熱により前記メモリセルを選択することからなる、ステップ
とを含む、方法。
【請求項９】
複数の熱支援型磁気メモリ構造を含む不揮発性メモリアレイであって、
前記磁気メモリ構造の各々が、
メモリセルを形成する処理と、
前記メモリセルに接触する書込み導体を形成する処理であって、該書込み導体は書込み動作中に第１の座標において前記メモリセルを選択することからなる、処理と、
前記メモリセルと接触する加熱システムを形成する処理であって、該加熱システムは、
前記書込み動作中に前記メモリセルを加熱し、第２の座標において前記加熱により前記メモリセルを選択することからなる、処理
とを含む処理によって形成されることからなる、不揮発性メモリアレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気メモリ構造及びその作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
メモリチップは一般的に、シリコンウェーハ上に堆積され、列導電性リード線（ビット線）および行導電性リード線（ワード線）のアレイを介してアドレス指定可能な複数のメモリセルを備える。通常、メモリセルはビット線およびワード線が交差する場所に配置される。データが読み出されるか、あるいはデータが書き込まれるメモリセルは、行および列を特定するなどの機能を実行する専用の回路によって制御される。通常、各メモリセルは、１ビットのデータを表す「１」あるいは「０」の形でデータを記憶する。
【０００３】
磁気メモリセルのアレイは磁気ランダムアクセスメモリあるいはＭＲＡＭと呼ぶことができる。ＭＲＡＭは一般的に不揮発性メモリ（すなわち、電源がオフされるときでもデータを保持する固体チップ）である。少なくとも１つのタイプの磁気メモリセルは、少なくとも１つの中間層によって互いから分離されたデータ層および基準層を備える。データ層はビット層、記憶層あるいはセンス層と呼ばれる場合もある。磁気メモリセルでは、１ビットのデータ（たとえば「１」あるいは「０」）は、１つまたは複数の導電性リード線（たとえば、ビット線およびワード線）を介してデータ層に「書込み」を行うことにより記憶されることができる。通常のデータ層は１つまたは複数の強磁性材料から形成されることができる。書込み動作は通常、データ層内の磁気モーメントの向きを所定の方向に設定する書込み電流によって達成される。
【０００４】
一旦書き込まれると、記憶されたデータビットは、１つまたは複数の導電性リード線（たとえば読出し線）を通して磁気メモリセルに読出し電流を供給することにより読み出されることができる。メモリセル毎に、データ層および基準層の磁気モーメントの向きは、互いに対して平行（同じ方向を向く）か、反平行（異なる方向を向く）かのいずれかである。平行の度合いはセルの抵抗に影響を及ぼし、この抵抗は、読出し電流に応答してメモリセルによって生成される出力電流あるいは電圧を検知する（たとえばセンス増幅器を用いる）ことにより求めることができる。
【０００５】
より具体的には、磁気モーメントが平行である場合には、出力電流に基づいて求められる抵抗は第１の相対的な値を有する（たとえば、相対的に低い）。磁気モーメントが反平行である場合には、求められる抵抗は第２の相対的な値を有する（たとえば、相対的に高い）。２つの状態（すなわち、平行および反平行）の相対的な値は通常、はっきりと検知されるほど十分に異なる。「１」または「０」を、設計仕様に応じて、それぞれの相対的な抵抗値に割り当てることができる。
【０００６】
中間層は、スペーサ層とも呼ばれる場合があり、絶縁性材料（たとえば誘電体）、非磁性の導電性材料および／または他の既知の材料を含むことができる。メモリセルを選択し、データ層および基準層に電流を流してメモリセルに対してデータの読出しあるいは書込みを行うために用いられる種々の導電性リード線（たとえば、ビット線、ワード線および読出し線）は、導電層（１つまたは複数）と呼ばれる１つまたは複数の付加的な層によって提供される。
【０００７】
上記の層およびその個々の特性は、当該技術分野において知られているトンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）効果に基づく磁気メモリセルでは通常のものである。ＴＭＲ効果に基づく磁気メモリセルを形成するために、層および特性の他の組み合わせを用いることもできる。例えば、Anthony他に対して発行された米国特許第６，４０４，６７４号を参照されたい。
【０００８】
磁気メモリセルのさらに他の構成は、他のよく知られている物理的効果（たとえば、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）、異方性磁気抵抗（ＡＭＲ）、コロッサル磁気抵抗（ＣＭＲ）および／または他の物理的効果）に基づく。
【０００９】
この特許出願では、最初に記載したようなＴＭＲメモリセルを参照して種々の例示的な実施形態を記載する。それらの例示的な実施形態が、個々の実施上の要件にしたがって、当該技術分野において知られている他のタイプの磁気メモリセル（たとえば、他のタイプのＴＭＲメモリセル、ＧＭＲメモリセル、ＡＭＲメモリセル、ＣＭＲメモリセルなど）を用いて実施できることも当業者には容易に理解されよう。
【００１０】
上記のような従来のＭＲＡＭは一般的に、一対の直交する金属書込み導体（すなわちビット線およびワード線）が交差する場所に配置される磁気メモリセルを有する。この配置では、磁気メモリセルは書込み導体と良好に熱的に接触している。そのような良好な熱的接触によって、磁気メモリセルにおいて生成される熱が書込み導体によって迅速に散逸されるので、磁気メモリセルの温度を低くしておくことができる。しかしながら、磁気メモリセルの温度を高めたい場合には、良好な熱的接触は不利になる。これは、熱によって支援されるＭＲＡＭ（thermally-assisted MRAM:これ以降、熱支援型ＭＲＡＭ）の場合に当てはまる。熱支援型ＭＲＡＭでは、磁気メモリセル内の選択されたメモリセルの温度が書込み動作中に高められて、その磁気的な向きが容易に切り替えられるようにする。
【特許文献１】米国特許第６，４０４，６７４号明細書
【特許文献２】米国特許第６，６０３，６７８ Ｂ２号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
したがって、改善された熱支援型磁気メモリ構造が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の１態様における熱支援型磁気メモリ構造のアレイは、その磁気メモリ構造の各々が、１つのメモリセルと、メモリセルに接触する１つの書込み導体であって、書込み動作中に第１の座標においてメモリセルを選択する書込み導体と、メモリセルと接触する加熱システムとを備える。加熱システムは、書込み動作中にメモリセルを加熱し、第２の座標において加熱することによりメモリセルを選択する（あるいは、この加熱により第２の座標においてメモリセルを選択する）。
【００１３】
本発明の１態様における熱支援型磁気メモリ構造を形成するための方法は、１つのメモリセルを形成するステップと、メモリセルと接触する書込み導体を形成するステップであって、書込み導体は書込み動作中に第１の座標においてメモリセルを選択することからなる、書込み導体を形成するステップと、メモリセルと接触する加熱システムを形成するステップとを含む。加熱システムは、書込み動作中にメモリセルを加熱し、第２の座標において加熱することによりメモリセルを選択する（あるいは、この加熱により第２の座標においてメモリセルを選択する）。
【００１４】
他の実施形態および実装形態については以下で説明する。
【実施例】
【００１５】
［I．概説］
本明細書では、例示的な改善された熱支援型磁気メモリ構造を説明する。
【００１６】
セクションIIでは、例示的な改善された熱支援型磁気メモリ構造を説明する。
【００１７】
セクションIIIでは、第１の例示的な加熱システムを実施する、熱支援型磁気メモリ構造の例示的なアレイを説明する。
【００１８】
セクションIVでは、第２の例示的な加熱システムを実施する、例示的な熱支援型磁気メモリ構造を説明する。
【００１９】
セクションVでは、第３の例示的な加熱システムを実施する、別の例示的な熱支援型磁気メモリ構造を説明する。
【００２０】
［II．例示的な熱支援型磁気メモリ構造］
［Ａ．従来のＭＲＡＭ構成における熱支援型磁気メモリ構造］
多くの従来のＭＲＡＭでは、メモリセル内のデータ層の磁気的な向きを切り替えることにより、個々のメモリ構造内の１つのメモリセルに「１」あるいは「０」が書き込まれる。磁気的な向きは通常、メモリセルの上下に１つずつ配置される２つの直交する書込み導体（すなわちビット線およびワード線）の中に流れる書込み電流によって生成される磁界のベクトル和によって切り替えられる。選択されたメモリセルはビット線磁界およびワード線磁界を受けるが、選択された行および列上にある他のメモリセルは、ビット線磁界およびワード線磁界のうちの一方しか受けない。
【００２１】
熱支援型（それ以外は従来どおりの）ＭＲＡＭでは、選択されたメモリセルは書込み動作の直前に、あるいは書込み動作中に加熱される。加熱を強める結果として、加熱されたメモリセルの保磁力（すなわち、メモリセルの磁気的な向きを切り替えるたやすさ）が減少し、そのメモリセルに書込みを行うために必要とされる切替え磁界が小さく（それゆえ電流が小さく）なる。図１は、熱支援型メモリセルの場合の保磁力対温度の例示的なグラフを示す。図１の具体的なデータは単なる例示であり、メモリセルの組成および他の特性に応じて変化するであろう。しかしながら、一般的には、メモリセル内の温度が上昇すると、メモリセルの保磁力は大抵の場合に減少する。
【００２２】
したがって、熱支援型の従来のＭＲＡＭは一般的に、熱支援型でない従来のＭＲＡＭ内のメモリセルよりも、切り替えるために必要とされるｘおよびｙ合成磁界が小さくなる。
【００２３】
［Ｂ．一方の書込み導体をなくしたＭＲＡＭ構成の改善された熱支援型磁気メモリ構造］
従来の磁気メモリ構造は、熱支援型ＭＲＡＭから書込み導体のうちの一方をなくすことにより簡単にすることができる。選択されたメモリセルに熱を加えることにより、書込み動作中に必要とされる切替え磁界が減少する。たとえば、選択されたメモリセルが十分に（すなわち、磁化特性を不可逆的に変更しない、ある閾値温度まで）加熱される限り、一方の書込み導体に加えられる書込み電流は、選択された書込み導体上にある加熱されないメモリセルの磁気的な向きを切り替えることなく、加熱されたメモリセルの磁気的な向きを切り替えるのに十分なものでありうる。
【００２４】
また一方の書込み導体をなくすことにより、電力損を減少させることができ、製造工程を簡単にすることができ、半選択されたメモリセルに誤って書込みを行う確率を減少させることができ、かつ／または選択されないメモリセルに対する無駄な電流を低減することができる。
【００２５】
メモリセルをある特定の温度Ｔまで加熱するために必要とされるエネルギーの量は、選択されたメモリセルの数に比例する。したがって、単一のメモリセルが選択される場合には、その選択されたメモリセルを加熱するために必要とされるエネルギーの量は非常に小さくすることができる。
【００２６】
例示的な実施態様では、１つの書込み導体を用いて、メモリセルが配置される列内に書込み電流を供給し、熱を用いて、その列に沿った適切な行上にあるメモリセルを選択することにより、ある特定のメモリセルを選択することができる。加熱されたメモリセルの保磁力は、書込み電流によって与えられた磁界のレベル未満まで減少するのに対して、加熱されないメモリセルの保磁力はその与えられた磁界よりも高い。
【００２７】
図２は、改善された熱支援型ＭＲＡＭ内の１つのメモリセルに書込みを行うための例示的なタイミング図を示す。図２の個々のデータは単なる例示であり、メモリ構造の特性に応じて変化するであろう。実線は時間とともに加えられる書込み電流を示す。破線は時間とともにメモリセルに加えられる加熱電力を示す。点線は、時間とともに加えられる加熱電力に起因する、メモリセル内の温度の上昇および降下を示す。たとえば、ある書込み動作中に、選択された書込み導体（加熱されるメモリセルが配置される列に沿って位置する）内に書込み電流を加えながら、電圧パルスをメモリセルに印加することができる。電圧パルスはメモリセルを、そのメモリセルの保磁力が減少するような温度まで加熱する。メモリセルが熱い間に、メモリセルに書込みを行うだけの十分な時間にわたって書込み電流が加えられ、この電流は、メモリセルが冷却して熱的に安定した磁化状態に戻るまで保持される。
【００２８】
［Ｃ．１つの書込み導体を有する例示的な熱支援型磁気メモリ構造］
図３は例示的な改善された熱支援型磁気メモリ構造３００を示す。一般的に、メモリ構造は上側ピン止め構成（その場合には、基準層がデータ層の上にある）あるいは下側ピン止め構成（その場合には、基準層がデータ層の下にある）をなすように形成されることができる。説明を容易にするために、上側ピン止め構成のみが図３に示され、本明細書の種々の例示的な実施形態の説明において参照される。他の構成（たとえば下側ピン止め構成など）も、任意の個々の設計要件にしたがって、本明細書に開示される例示的な工程を用いて実施されることができることは当業者には容易に理解されよう。
【００２９】
磁気メモリ構造３００は、書込み導体３１０と、メモリセル３５０（データ層３２０、スペーサ層３３０および基準層３４０を含む）と、加熱システム３６０とを備える。
【００３０】
付加的な層を有するメモリ構造も当該技術分野において知られており、個々の設計上の選択に応じて、本明細書で説明されることになる種々の実施形態とともに実施されることができる。たとえば、別の磁気メモリ構造はシード層、反強磁性（ＡＦＭ）層、保護キャップ層、および／または他の層を備えることもできる。シード層は、ＡＦＭ層内の結晶整列を高める。シード層のための例示的な材料は、Ｔａ、Ｒｕ、ＮｉＦｅ、Ｃｕまたはこれらの材料の組み合わせを含む。ＡＦＭ層は、基準層３４０の磁気的な安定性を高める。ＡＦＭ層のための例示的な材料は、ＩｒＭｎ、ＦｅＭｎ、ＮｉＭｎ、ＰｔＭｎおよび／または他の既知の材料を含む。保護キャップ層はデータ層３２０をその環境から保護し（たとえば、データ層３２０の酸化を抑制することによる）、当該技術分野によって知られている任意の適当な材料を用いて形成されることができる。保護キャップ層のための例示的な材料は、Ｔａ、ＴａＮ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｔｉおよび／またはさらに他の材料を含む。説明を容易にするために、これらの付加的な層は図示されない。
【００３１】
再び図３を参照すると、１つの例示的な実施態様では、書込み導体３１０と加熱システム３６０は互いに直交し、書込みおよび読出し動作のために用いられる。たとえば、書込み動作中に、選択された書込み導体３１０に加えられる書込み電流は、メモリセルの列を実効的に選択し、加熱システム３６０によって供給される熱が、その選択された列に沿ったメモリセルの行の場所を選択する。上記の書込み導体３１０および加熱システム３６０の物理的な構成は例示にすぎない。書込み動作中に、書込み導体３１０が第１の座標においてメモリセル３５０を選択し、加熱システム３６０が、その書込み動作中にメモリセル３５０を加熱することにより、第２の座標においてメモリセル３６０を選択するのであれば、書込み導体３１０と加熱システム３６０は必ずしも互いに直交している必要がないことは当業者には容易に理解されよう。第１および第２の座標は、互いに対して任意の角度で配置されることができる。
【００３２】
読出し動作中に、加熱システム３６０は読出し導体として用いられ、書込み導体３１０はセンス線として用いられることができる。この例示的な実施態様では、加熱システム３６０は選択されたメモリセル３５０に小さな読出し電流を供給し、選択されたメモリセル３５０からの出力電流が選択された書込み導体３１０に流れて、メモリセル３５０内の抵抗を検知するための標準的なセンス回路（図示せず）に供給されることになる。さらに別の例示的な加熱システムについては後のセクションIII〜Vで説明する。
【００３３】
書込み導体３１０は、Ｃｕ、Ａｌ、ＡｌＣｕ、Ｔａ、Ｗ、Ａｕ、Ａｇ、これらのうちの１つまたは複数からなる合金、および／または他の導電性材料（１つまたは複数）および合金（１つまたは複数）から形成されることができる。書込み導体３１０は、当該技術分野において知られている堆積あるいは他の技法（たとえば、スパッタリング、蒸着、電気めっきなど）によって形成されることができる。図３に示される書込み導体３１０は例示にすぎない。任意の個々の設計上の選択に応じて、他の構成を実施することもできることは当業者には理解されよう。たとえば、書込み導体３１０は強磁性クラッディング材料（被覆材料など）によって少なくとも部分的にクラッディングされることができ、書込み導体３１０は断熱材料（たとえば、誘電体、空気、真空など）などによってメモリセルから熱的に絶縁されることができる。クラッディングが実施される場合には、そのクラッディングは、低い熱伝導性（たとえば、アモルファス金属、ドープされた半導体および／または他の材料あるいは合金）および／または強磁性特性を有する１つまたは複数の材料から構成されることができる。さらに、メモリセル３５０は、書込み導体３１０による熱伝達を低減するために、書込み導体３１０ではなく、クラッディングの一部と電気的に接触することもできる。
【００３４】
単一の書込み導体３１０を用いてメモリセル３５０に書込みを行うことは、選択されたメモリセル３５０の近くにある他の層によって生成される磁界を用いて、書込みプロセスを支援することを妨げない。たとえば、メモリセル３５０を加熱するために、加熱システム３６０によって小さな電流が加えられるとき、その電流から小さな磁界が生じるであろう。加熱システム３６０によって生成される磁界は、メモリセルに書込みを行うために書込み導体内の書込み電流によって生成される磁界と合成されることができる。たとえば、加熱システム３６０によって磁界をわずかに高めるだけでも、書込み動作中に書込み導体３１０において必要とされる書込み電流を削減するのを助けることができる。任意の個々の設計上の選択に応じて、他の構成を実施することもできることは当業者には容易に理解されよう。
【００３５】
１つの例示的な実施態様では、加熱システム３６０は、エネルギー（たとえば電流）を供給してメモリセル３５０を加熱するために、メモリセル３５０と接触する導体および／または他の構成要素（たとえば、標準的なスイッチング回路および／または他の構成）を備えることができる。加熱システム３６０内に実施される導体は、Ｔｉ、Ｃｕ、Ａｌ、ＡｌＣｕ、Ｔａ、Ｗ、これらのうちの１つまたは複数からなる合金、および／または他の導電性材料（１つまたは複数）および合金（１つまたは複数）のうちの１つまたは複数のものを含むことができる。また加熱システム３６０は、メモリセル３５０を加熱するために用いられることになるエネルギー（たとえば、その量、持続時間、タイミングなど）を制御するための標準的な回路（図示せず）も備えることができる。加熱システム３６０が読出し導体として用いられている場合には、その標準的な回路によって、読出し動作中に読出し電流がメモリセル３５０に加えられるようにすることができる。加熱システム３６０は単一のメモリセルあるいは多数のメモリセルに接続されることができる。種々の例示的な加熱システム３６０について後のセクションIII〜Vで説明する。加熱システム３６０は、他の既知の技法によって実施されることもできる。たとえば、Nickel他に対して発行された「Thermally-Assisted Switching of Magnetic Memory Elements」と題する米国特許第６，６０３，６７８ Ｂ２号を参照されたい。
【００３６】
データ層３２０は１つまたは複数の強磁性材料を含むことができる。１つの例示的な実施形態では、データ層３２０のために適した強磁性材料は、限定はしないが、ＮｉＦｅ、ＮｉＦｅＣｏ、ＣｏＦｅ、アモルファス強磁性合金（たとえばＣｏＺｒＮｂ、ＣｏＦｅＢ）および他の材料を含む。１つの例示的な実施態様では、データ層３２０は、反強磁性体（ＡＦＭ）と接触する強磁性体（ＦＭ）を含む。ＦＭ層をＡＦＭ層に結合することにより、データ層保磁力の所望の温度依存性を得ることができる。たとえば、大きなＦＭ−ＡＦＭ交換異方性に起因して、室温において高い保磁力を達成することができる。室温における高い保磁力によって、選択された行および／または列上にある選択されないメモリセルに誤って書込みが行われるのを防ぐことができる。ＡＦＭ材料の例は、限定はしないが、イリジウムマンガン（ＩｒＭｎ）、鉄マンガン（ＦｅＭｎ）、ニッケルマンガン（ＮｉＭｎ）、酸化ニッケル（ＮｉＯ）およびプラチナマンガン（ＰｔＭｎ）、および／または他の材料を含む。
【００３７】
１つの例示的な実施形態では、スペーサ層３３０はトンネル障壁層である（たとえば、メモリセル３５０がＴＭＲメモリセルである場合）。この実施形態では、スペーサ層３３０は、ＳｉＯ２、ＳｉＮｘ、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮｘおよび／または他の絶縁性材料から形成されることができる。
【００３８】
別の例示的な実施形態では、スペーサ層３３０は非磁性の導電層である（たとえば、メモリセル３５０がＧＭＲメモリセルである場合）。この実施形態では、スペーサ層３３０はＣｕ、Ａｕ、Ａｇおよび／または他の非磁性の導電性材料から形成されることができる。
【００３９】
基準層３４０は、単一の材料層あるいは複数の材料層を含むことができる。たとえば、基準層３４０は１つまたは複数の強磁性材料を含むことができる。１つの例示的な実施形態では、基準層３４０に適した強磁性材料は、ＮｉＦｅ、ＮｉＦｅＣｏ、ＣｏＦｅ、アモルファス強磁性合金（たとえばＣｏＺｒＮｂ、ＣｏＦｅＢ）および他の材料を含む。
【００４０】
［III．第１の例示的な加熱システムを実施する熱支援型磁気メモリ構造の例示的なアレイ］
図４は、第１の例示的な加熱システムを実施する熱支援型磁気メモリ構造４００の例示的なアレイを示す。アレイ４００は、書込み導体３１０ａ、３１０ｂと、書込み導体３１０ａ、３１０ｂと接触しているメモリセル３５０ａ〜３５０ｄと、メモリセル３５０ａ〜３５０ｄと接触している加熱システム３６０ａ、３６０ｂとを備える。この例示的な実施態様では、加熱システム３６０ａ、３６０ｂは、書込み導体３１０ａ、３１０ｂに直交するヒータ線を含む。各ヒータ線は、たとえば書込み動作中に、アレイ４００内の少なくとも１つのメモリセル３５０ａ〜３５０ｄに熱を与える。ヒータ線は、１つまたは複数のメモリセル３５０ａ〜３５０ｄに加えられる熱のタイミングおよび量を制御するための標準的な回路（図示せず）に接続されることができる。ヒータ線を制御するための標準的な回路は当該技術分野においてよく知られており、本明細書ではこれ以上詳しくは説明しない。たとえば、先に参照された米国特許第６，６０３，６７８ Ｂ２号を参照されたい。
【００４１】
書込み動作中に、選択された書込み導体３１０ａ内に書込み電流が流れ、選択されたヒータ線３６０ａにヒータ電流が加えられて、ヒータ線（およびこの線に隣接するメモリセル３５０ａおよび３５０ｂ）が加熱される。このようにして、選択された書込み導体３１０ａと選択されたヒータ線３６０ａとが交差する場所に配置されるメモリセル３５０ａが選択され、書込みが行われる。メモリセル３５０ａは、選択された書込み導体３１０ａの中の書込み電流によって生成される磁界がそのメモリセルの磁気的な向きを切り替えるだけの十分な大きさになるように十分に加熱されるべきである。しかしながら、メモリセル３５０ａは、その磁化特性を不可逆的に変更するほど過熱されるべきではない。１つの例示的な実施態様では、書込み電流は、書き込まれたメモリセル３５０ａが磁気的に安定な温度に冷却するまで、書込み動作中にある時間にわたって保持されることができる。
【００４２】
図４に示される実施形態では、複数のメモリセルが１つのヒータ線を共有し、書込み動作中に２つ以上のメモリセルの温度が高められるようにする。この例示的な実施形態では、加熱される行に沿った全てのメモリセルに同時に書込みを行うことが効率的である。たとえば、図４を参照すると、メモリセル３５０ａおよび３５０ｂは、ヒータ線３６０ａにヒータ電流が流れるときに加熱される。両方のメモリセルに書込みを行うために、書込み電流が書込み導体３１０ａおよび３１０ｂに同時に加えられる。導体３１０ａおよび３１０ｂの中の書込み電流の方向が、書き込まれたメモリセルの磁気的な状態を決定する。
【００４３】
読出し動作中に、書込み導体３１０ａ、３１０ｂおよびヒータ線３６０ａ、３６０ｂがセンス線として機能する。たとえば、メモリセル３５０ａを読み出すために、選択されたヒータ線３６０ａに小さな読出し電流が加えられ、メモリセル３５０ａを通り、及び、選択された直交する書込み導体３１０ａを通って流れる。選択されたメモリセル３５０ａの中に流れる電流はメモリセル３５０ａの磁気的な状態（すなわち抵抗）に依存する。こうして、選択されたヒータ線３６０ａと選択された書込み導体３１０ａとが交差する場所に配置されたメモリセル３５０ａが読み出される。
【００４４】
［IV．第２の例示的な加熱システムを実施する例示的な熱支援型磁気メモリ構造］
図５は、第２の例示的な加熱システムを実施する例示的な熱支援型磁気メモリ構造５００を示す。メモリ構造５００は、書込み導体３１０と、書込み導体３１０に接触しているメモリセル３５０と、メモリセル３５０に接触している加熱システム３６０とを備える。この例示的な実施態様では、加熱システム３６０は、メモリ構造５００の下にあるスイッチング回路（図示せず）にポスト５２０によって接続される読出し導体５１０を備える。読出しおよび書込みの両方のために用いられるさらに別のスイッチング回路（図示せず）が導体３１０に接続される。
【００４５】
１つの例示的な実施態様では、各メモリセル３５０へのアクセスを、ポスト５２０にインターフェースする個別のスイッチング回路によって制御することができる。別の例示的な実施態様では、複数のメモリセル３５０へのアクセスを、ポスト５２０にインターフェースする１つのスイッチング回路によって制御することができる。１つの所与のスイッチング回路によって制御されるメモリセルが多くなるほど、メモリセルの下に付加回路を構築しなければならない面積が大きくなる。１つのスイッチング回路によって制御されることになるメモリセルの数は設計上の選択によって決まる。
【００４６】
１つの例示的な実施態様では、ポスト５２０にインターフェースするスイッチング回路は、読出し／書込み動作中にメモリセル３５０に加えられることになる電流をオン／オフする少なくとも１つのトランジスタを備える。たとえば、書込み動作中に、スイッチング回路は、ポスト５２０および読出し導体５１０を介してメモリセル３５０に加えられることになる電流をオンし、メモリセル３５０の加熱を開始する。加えられる電流は、メモリセル３５０をある高い温度まで加熱するだけの十分な大きさを有し、結果として、書込み導体３１０に加えられる書込み電流によって生成される磁界がメモリセル３５０の磁気的な向きを切り替えることができるようになる。しかしながら、メモリセル３５０は、その磁化特性を不可逆的に変更するほど過熱されるべきでない。１つの例示的な実施態様では、書込み電流は、書き込まれたメモリセル３５０が磁気的に安定な温度に冷却するまで、書込み動作中にある時間にわたって保持されることができる。
【００４７】
読出し動作中に、スイッチング回路は、ポスト５２０および読出し導体５１０を介してメモリセル３５０に加えられることになる小さな電流をオンし、メモリセル３５０の抵抗を求める。１つの例示的な実施態様では、読出し動作中にメモリセル３５０に加えられる電流は書込み導体３１０の中に流れ、書込み導体３１０は読出し動作中にセンス線として作用し、標準的なセンス回路（図示せず）に接続される。
【００４８】
［V．第３の例示的な加熱システムを実施する例示的な熱支援型磁気メモリ構造］
図６は、第３の例示的な加熱システムを実施する例示的な熱支援型磁気メモリ構造６００を示す。メモリ構造６００は、書込み導体３１０と、書込み導体３１０に接触しているメモリセル３５０と、メモリセル３５０に接触している加熱システム３６０とを備える。この例示的な実施態様では、加熱システム３６０は、メモリセル３５０と直列に接続されるヒータ６１０と、ヒータ６１０と接触しており、かつメモリセル３５０に加えられることになる電流を制御するためのスイッチング回路（図示せず）に接続される読出し導体６２０とを備える。ヒータ６１０のための例示的な構造は、限定はしないが、絶縁性トンネル障壁、半導体を豊富に含む絶縁体層、半導体層、高抵抗率層（または高抵抗層）および／または他の構造を含む。絶縁性トンネル障壁のための例示的な材料はＡｌＯｘ、ＡｌＮｘ、ＳｉＯｘ、ＳｉＮｘおよびＭｇＯであり、半導体を豊富に含む絶縁体層のための例示的な材料はシリコンを豊富に含む酸化物およびシリコンを豊富に含む窒化物であり、半導体層のための例示的な材料はシリコンおよびゲルマニウムであり、高抵抗率層のための例示的な材料はＴａＳｉＮ、ＷＳｉＮ、ＴａＮおよびＷＮである。１つの例示的な実施態様では、読出しモードのときのヒータ６１０の抵抗は、ヒータ直列抵抗に関連する信号損失を最小限に抑えるほど十分に小さい（たとえば、磁気メモリセルの抵抗の５０％未満）。書込みモードのとき、ヒータの抵抗は、メモリセルの抵抗よりも大きくすることができる。
【００４９】
１つの例示的な実施態様では、各メモリセル３５０は個別のスイッチング回路によって制御されることができる。別の例示的な実施態様では、複数のメモリセルが共通のスイッチング回路によって制御されることができる。スイッチング回路は、メモリセルのアレイの外側エッジに、あるいはメモリセルの下に配置されることができる。
【００５０】
１つの例示的な実施態様では、スイッチング回路は、読出し／書込み動作中にメモリセル３５０に加えられることになる電流をオン／オフする少なくとも１つのトランジスタを備える。たとえば、書込み動作中に、スイッチング回路は電流をオンし、読出し導体６２０を介してヒータ６１０に加えられるようにする。加えられる電流は、ヒータ６１０をある高い温度まで加熱するだけの十分な大きさを有することができる。メモリセル３５０自体は自己加熱することもできる。ヒータ６１０によって与えられる熱は（メモリセル３５０によって生成される熱とともに）、メモリセル３５０内の温度を高め、書込み導体３１０に加えられる書込み電流によって生成される磁界がメモリセル３５０の磁気的な向きを切り替えることができるようにする。しかしながら、メモリセル３５０は、その磁化特性を不可逆的に変更するほど過熱されるべきではない。１つの例示的な実施態様では、書込み電流は、書き込まれたメモリセル３５０が磁気的に安定な温度に冷却するまで、書込み動作中にある時間にわたって保持されることができる。
【００５１】
読出し動作中に、スイッチング回路は小さな電流をオンして、読出し導体６２０を介してメモリセル３５０に加えられるようにし、メモリセル３５０の抵抗を求める。１つの例示的な実施態様では、読出し動作中にメモリセル３５０に加えられる電流は書込み導体３１０の中に流れ、書込み導体３１０は、読出し動作中にセンス線としての役割を果たし、標準的なセンス回路（図示せず）に接続される。
【００５２】
［VI．結論］
これまでの例は、ある特定の例示的な実施形態を示しているが、これらの実施形態から、当業者には他の実施形態、変形形態および変更形態が明らかであろう。それゆえ、本発明は、これまでに説明された特定の実施形態に限定されるべきではなく、特許請求の範囲によって画定される。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】例示的な熱支援型磁気メモリ構造の保磁力対温度の例示的なグラフである。
【図２】例示的な熱支援型磁気メモリ構造の書込み動作の例示的なタイミング図である。
【図３】例示的な熱支援型磁気メモリ構造を示す図である。
【図４】第１の例示的な加熱システムを実施する、熱支援型磁気メモリ構造の例示的なアレイを示す図である。
【図５】第２の例示的な加熱システムを実施する、例示的な熱支援型磁気メモリ構造を示す図である。
【図６】第３の例示的な加熱システムを実施する、別の例示的な熱支援型磁気メモリ構造を示す図である。
【符号の説明】
【００５４】
３００  磁気メモリ構造
３１０  書込み導体
３５０  メモリセル
３６０  加熱システム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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